[发明专利]太阳能集热器及利用其将太阳能转化为中温热能的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种平板聚焦式中温太阳能集热器及制备中温热源的方法，尤其是涉及一种太阳能集热器及利用其将太阳能转化为中温热能的方法。

背景技术

中温太阳能热利用技术是未来太阳能热利用技术的主要发展趋势。其主要工作主要在100℃～300℃之间。可广泛应用于食品、化工、干燥、发电、服装、印染等诸多行业，具有广泛的市场前景。目前太阳能热利用技术主要集中在低温热利用(80℃以下)和高温发电应用(400℃以上)。低温太阳能热利用技术，因其工作温度在80℃以下，当工作温度在100℃以上时效率很低，性价比差而无法实现中温集热应用。高温太阳能热利用技术。其工作温度主要集中400℃以上，成本高昂，系统复杂庞大，而无法在工业领域推广。因此，需要开发一种适合工作温度在100℃～300℃，能够满足工业厂区安装要求的中温太阳能集热器。能够实现中温太阳能集热要求的集热器形式主要有槽式、塔式、蝶式、菲涅尔式和CPC结构等。槽式、塔式、蝶式、菲涅尔式集热模式都能够提供10倍以上的聚光比，可以实现中温太阳能集热要求，该类结构一般都需要较大的钢构，只能满足于工厂平屋顶结构厂房安装，自重也较大，成本高而严重限制了推广使用。CPC结构聚焦集热模式一般提供5倍以下的聚光比。可以和现有的全玻璃真空太阳集热管配合，形成中温太阳能集热器。如专利201220197631.3，所述中温太阳能集热器则是采用U型管太阳集热管作为集热管，集热管外采用CPC反射板实现太阳能聚光，提高太阳能集热温度和集热效率。专利201310143967.0提出了一种类似结构的中温集热器，与专利201220197631.3本质差异在于采用的圆形反射板，反射板和集热管复合形成集热板芯结构。为降低系统热损，集热器采用了必要的保温措施。

上述两个专利所述两种集热器均采用的是固定式反射板(如CPC或圆形)结构和平板式集热器模式。与槽式、塔式、蝶式、菲涅尔式集热模式比较，实现了系统小型化，并更利于与建筑结合。上述两个专利均存在聚焦比低问题，或存在换热效率低、或保温效果不理想等问题，导致集热系统在中温段集热效率低等问题。

发明内容

本发明的目的针对上述现有技术的不足提供一种太阳能集热器及利用其将太阳能转化为中温热能的方法，本太阳能集热器及利用其将太阳能转化为中温热能的方法能够实现对太阳光的自跟踪，本发明解决了一般槽式、塔式、蝶式、菲涅尔式集热模式成本高，无法与工厂建筑结合的问题，以及非跟踪聚焦模式聚焦比小的问题，可以实现5～20倍的太阳光聚焦比，通过本发明，可以将太阳能高效的转化为中温热能，获得稳定100℃～300℃的中温热源。

为实现上述技术目的，本发明采取的技术方案为：太阳能集热器，包括集热管，其特征在于：还包括框架、反射板和反射板旋转控制装置；所述反射板和反射板旋转控制装置位于框架内；所述反射板位于集热管背面并且发射板的焦点轴与集热管的轴线重合；所述反射板用于将太阳能通过反射聚集到集热管的吸热体上，以形成热能；所述反射板旋转控制装置用于驱动发射板以焦点轴为中心旋转，以使发射板跟随太阳光线的变化而旋转。

作为本发明进一步改进的技术方案，每一支集热管的背面都设置有一片反射板。

作为本发明进一步改进的技术方案，所述反射板旋转控制装置包括控制器、外部传感器、光电开关和反射板旋转控制机构；所述光电开关用于确定反射板的初始位置；所述外部传感器用于通过GPS信号检测实时时间和当地经纬；所述控制器根据实时时间、当地经纬和反射板的初始位置，通过反射板旋转控制机构控制反射板的旋转。

作为本发明进一步改进的技术方案，所述反射板旋转控制机构包括连杆、电机、传动齿轮、支架、齿条、传动杆、电机和电机转盘；所述连杆一端与反射板固定连接，另一端与传动齿轮固定连接；连杆的轴线和传动齿轮的轴线均与集热管的轴线重合；所述传动齿轮转动安装在支架上；所述电机转盘固定安装在电机的传动轴上，所述传动杆一端与电机转盘连接，另一端与齿条连接；所述齿条位于传动齿轮下方并且与传动齿轮啮合；所述电机通过电机转盘驱动传动杆沿传动杆的轴线作来回往复运动，使所述传动杆驱动齿条沿齿条的长度方向作来回往复运动，所述齿条驱动传动齿轮旋转，传动齿轮通过连杆带动反射板旋转；所述光电开关安装在传动齿轮上，所述控制器通过光电开关检测传动齿轮的初始位置，以确定反射板的初始位置；所述控制器根据外部传感器检测到的实时时间和当地经纬，获取实时太阳的方位角；所述控制器根据方位角和初始位置发出控制信号给电机，以控制电机的旋转角度。